차기 군 위성 통신망 체계는 중계용량의 확대 및 강화된 통신 생존성을 위해 개발되고 있다. 이 중 중계용량의 확대를 위해서는 한정된 무선자원을 효율적으로 사용할 수 있는 기술이 요구된다. 이에 따라 차기 군 위성 통신망 체계는 FDMA와 TDMA를 결합한 MF-TDMA(Multi Frequency-Time Division Multiple Access)기법을 적용할 것으로 예상된다. MF-TDMA는 다수의 시간과 주파수 구간으로 분할된 망 자원을 동적으로 운용함으로써 한정된 무선자원을 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있으며 자원 할당 성능은 각 지상단말에 대한 무선자원 할당 방식에 의해 결정된다. 본 논문에서는 차기 군 위성 통신망 체계에서 효율적인 MF-TDMA 자원 할당 기법을 제안하며, 기존의 자원 할당 기법들과 성능을 비교 및 분석하였다. 분석 항목으로는 Total Resource Efficiency, Reject Ratio, Computational Time, PSD의 분포를 이용하여 무선자원의 사용효율, 자원할당 실패 확률, 소요시간 및 채널 간섭을 분석하였다.
차기 군 위성 통신망 체계는 중계용량의 확대 및 강화된 통신 생존성을 위해 개발되고 있다. 이 중 중계용량의 확대를 위해서는 한정된 무선자원을 효율적으로 사용할 수 있는 기술이 요구된다. 이에 따라 차기 군 위성 통신망 체계는 FDMA와 TDMA를 결합한 MF-TDMA(Multi Frequency-Time Division Multiple Access)기법을 적용할 것으로 예상된다. MF-TDMA는 다수의 시간과 주파수 구간으로 분할된 망 자원을 동적으로 운용함으로써 한정된 무선자원을 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있으며 자원 할당 성능은 각 지상단말에 대한 무선자원 할당 방식에 의해 결정된다. 본 논문에서는 차기 군 위성 통신망 체계에서 효율적인 MF-TDMA 자원 할당 기법을 제안하며, 기존의 자원 할당 기법들과 성능을 비교 및 분석하였다. 분석 항목으로는 Total Resource Efficiency, Reject Ratio, Computational Time, PSD의 분포를 이용하여 무선자원의 사용효율, 자원할당 실패 확률, 소요시간 및 채널 간섭을 분석하였다.
Next generation military satellite communication systems have been developed for expanding capacity and survivability. As for expanding capacity, the communication systems require efficient techonology to use limited resource. So, next generation communication systems are expected to use MF-TDMA tec...
Next generation military satellite communication systems have been developed for expanding capacity and survivability. As for expanding capacity, the communication systems require efficient techonology to use limited resource. So, next generation communication systems are expected to use MF-TDMA technology. MF-TDMA is the technology which has the advantages of FDMA and TDMA. By using MF-TDMA, communication systems can use limited resource efficiently, and the performance of resource allocation depends on the allocation scheme. In this paper, we propose efficient allocation scheme for next generation military satellite communication systems. Also, we compare and analze performances such as Total Resource Efficient, Reject Ratio, Computational Time, PSD distribution with existing allocation schemes.
Next generation military satellite communication systems have been developed for expanding capacity and survivability. As for expanding capacity, the communication systems require efficient techonology to use limited resource. So, next generation communication systems are expected to use MF-TDMA technology. MF-TDMA is the technology which has the advantages of FDMA and TDMA. By using MF-TDMA, communication systems can use limited resource efficiently, and the performance of resource allocation depends on the allocation scheme. In this paper, we propose efficient allocation scheme for next generation military satellite communication systems. Also, we compare and analze performances such as Total Resource Efficient, Reject Ratio, Computational Time, PSD distribution with existing allocation schemes.
본 논문에서는 차기 군 위성통신체계를 고려한 효율적인 MF-TDMA 자원할당 기법을 제안하며, 기존의 대표적인 자원할당 기법인 First fit, Best fit, RCP fit, 전력제어 기반 자원할당 기법과 성능을 비교하였다. 성능 분석 항목으로는 Total Resource Efficiency, Reject Ratio, Computational Time, PSD(Power Spectral Density) 분포의 네 항목을 이용하였으며 이를통해 무선자원의 사용효율, 자원할당 실패확률, 자원할당 기법의 복잡도와 채널 간섭을 분석하였다.
제안 방법
예를 들어, Burst가 시간축으로 다수 구성된 형태로 Frame내 할당되면, 동일한 지상단말로부터의 다음 Burst 할당 시 제약조건 3에 의하여 할당 가능한 영역이 줄어들기 때문에 Burst의 시간축 Slot을 최소화 하는 것이 다음 Burst할당 및 주파수 사용 효율에 이점을 갖는다. 다음 Step 3에서는 설정된 Burst의 주파수 축 Slot 개수가 Burst크기의 평균을 초과할 경우 구조를 재설정한다. 이때, Burst의 시간축 Slot 개수를 하나씩 증가시키며 구조를 재설정하게 되는데 Burst내 불필요한 padding처리를 방지하기 위하여 시간 축 Slot과 주파수 축 Slot이 모두 정수인 경우에한하여 재설정을 하며 주파수 축 Slot이 1인 경우에는 원래의 구조를 유지하게 된다.
우선 Step 1과 같이 전송하려는 데이터의 양과 Slot당 전송가능한 데이터의 양을 이용하여 전송에 필요한 Burst의 크기를 계산한다[2]. 다음으로는 Step 2와 같이 계산된 Burst의 크기를 바탕으로 최대 대역폭을 이용한 Burst의 구조를 설정한다. 예를 들어, 크기가 8인 Burst는 (8x1)형태의 구조를 갖는다.
본 논문에서 제안하는 자원할당 기법은 그림 4와 같다. 우선 Step 1과 같이 전송하려는 데이터의 양과 Slot당 전송가능한 데이터의 양을 이용하여 전송에 필요한 Burst의 크기를 계산한다[2]. 다음으로는 Step 2와 같이 계산된 Burst의 크기를 바탕으로 최대 대역폭을 이용한 Burst의 구조를 설정한다.
대상 데이터
MF-TDMA Frame의 구조는 주파수 축 30, 시간 축 20으로 설정하였으며 저속다중접속 모델을 고려하여 Frame의 대역폭은 144kHz, 시간폭은 400msec로 가정하였다. 30개의 지상단말에서 트래픽 발생 및 자원할당 요청은 동일한 확률에서 랜덤하게 발생하도록 구성하였으며, 발생하는 트래픽의 개수를 증가시키며 시뮬레이션을 진행했다.
데이터처리
본 논문에서는 차기 군 위성통신체계를 고려한 효율적인 MF-TDMA 자원할당 기법을 제안하며, 기존의 대표적인 자원할당 기법인 First fit, Best fit, RCP fit, 전력제어 기반 자원할당 기법과 성능을 비교하였다. 성능 분석 항목으로는 Total Resource Efficiency, Reject Ratio, Computational Time, PSD(Power Spectral Density) 분포의 네 항목을 이용하였으며 이를통해 무선자원의 사용효율, 자원할당 실패확률, 자원할당 기법의 복잡도와 채널 간섭을 분석하였다.
성능/효과
MF-TDMA 기법은 주파수와 시간 자원을 동시에 동적으로 운용함으로써 한정된 무선자원을 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있으며 자원할당 성능은 각 단말에게 Burst를 할당하는 자원할당 기법에 의해 좌우된다. 차기 군 위성 통신망 체계를 고려하여 시스템 환경을 구성하고 Total Resource Efficiency, Reject Ratio, Computational Time, PSD 분포의 성능 분석 항목을 이용하여 제안하는 자원할당 기법과 기존의 자원할당 기법을 비교한 결과, Total Resource Efficiency와 Reject Ratio에서 가장 우수한 성능을 보임을 확인하였으며, Computational Time에서도 기존 방식에 비해 성능이 향상됨을 확인하였다. 채널 간섭에 영향을 주는 PSD 분포에서는 대역폭 균일분배 방식의 First fit, Best fit, RCP fit에 비하여 대역폭 비균일분배 방식의 전력제어 기반 자원할당 기법과 제안하는 자원할당 기법이 우수한 성능을 보였다.
차기 군 위성 통신망 체계를 고려하여 시스템 환경을 구성하고 Total Resource Efficiency, Reject Ratio, Computational Time, PSD 분포의 성능 분석 항목을 이용하여 제안하는 자원할당 기법과 기존의 자원할당 기법을 비교한 결과, Total Resource Efficiency와 Reject Ratio에서 가장 우수한 성능을 보임을 확인하였으며, Computational Time에서도 기존 방식에 비해 성능이 향상됨을 확인하였다. 채널 간섭에 영향을 주는 PSD 분포에서는 대역폭 균일분배 방식의 First fit, Best fit, RCP fit에 비하여 대역폭 비균일분배 방식의 전력제어 기반 자원할당 기법과 제안하는 자원할당 기법이 우수한 성능을 보였다.
후속연구
본 논문에서 제안하는 자원할당 기법에 대한 연구 외에 다양한 환경에서의 효율적인 자원할당 기법에 대한 연구가 차기 군 위성 통신망 체계에서 한정된 무선자원의 효율적인 사용 및 통신 성능 향상에 도움이 될 것으로 기대한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라의 차기 군 위성통신체계는 어떤 서비스를 제공할 목적으로 개발되고 있는가?
한국군도 2007년 무궁화 5호 위성을 발사하여 위성 통신망 체계를 운용하고 있으며, 2017년 운용 시작을 목표로 하는 차기 군 위성통신에 대한 많은 연구가 진행되고 있다[2]. 차기 군 위성통신체계는 기존 대비 3배 이상의 중계용량 제공, 통신영역 확장 및 강화된 통신 생존성을 위해 개발될 예정이며, 이 중 중계용량을 확대하기 위해서는 한정된 무선자원의 효율적 사용이 필수적이다. 이에 따라 차기 군 위성통신체계는 기존에 사용되던 주파수 자원을 선 할당하여 운영하는 PAMA(Permanently Assigned Multiple Access)기반의 통신방식 대신 요청된 자원을 바탕으로 주파수와 시간 자원을 동시에 유동적으로 운용하는 DAMA(Demand Assigned Multiple Access)기반의 MF-TDMA(Multi Frequency-Time Division Multiple Access) 기법을 적용할 것으로 예상된다[2][3][4].
MF-TDMA란?
이에 따라 차기 군 위성통신체계는 기존에 사용되던 주파수 자원을 선 할당하여 운영하는 PAMA(Permanently Assigned Multiple Access)기반의 통신방식 대신 요청된 자원을 바탕으로 주파수와 시간 자원을 동시에 유동적으로 운용하는 DAMA(Demand Assigned Multiple Access)기반의 MF-TDMA(Multi Frequency-Time Division Multiple Access) 기법을 적용할 것으로 예상된다[2][3][4]. MF-TDMA란 FDMA와 TDMA를 결합한 기술로써, 무선자원을 시간과 주파수 측면에서 분할하여 동시에 동적으로 운용하는 기법으로 한정된 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있는 장점이 있다[2]. MF-TDMA에 대한 가장 핵심적인 연구 중 하나는 지상단말에서 데이터 전송 요청 발생 시 전송에 필요한 주파수-시간으로 구성된 자원의 양을 측정하고, 이를 한정된 무선자원에 낭비 없이 배치하는 자원 할당 기법에 대한 연구이다.
MF-TDMA의 자원할당 과정을 제어 채널과 트래픽 채널 기능을 중심으로 설명하세요.
우선 네트워크 제어기에서 모든 단말들에게 FOW를 이용하여 현재의 자원 정보를 전송하고, 수신한 단말은 자원정보 확인 및 자원할당을 위한 망 가입을 요청한다. 그 후 망 가입요청에 대하여 각 단말은 비경쟁 기반의 AROW채널을 할당받게 되며, 이를 통해 통신정보 및 필요 자원을 요청한다. 네트워크 제어기에서는 자원 요청에 대한 할당 작업을 수행 후, 할당 결과를 FOW를 이용하여 각 단말에 전송하게 되며 단말은 할당받은 주파수-시간 자원을 이용하여 통신을 수행한다.
참고문헌 (8)
ITU, Eds., Handbook on Satellite Communications, 3rd ed., Wiley-Interscience, 2002.
Soon Woo et al., "A Power Control-Based MF-TDMA Resource Allocation Scheme for Next Generation Military Satellite Communication Systems", The Korean Insititute of Communicaions and Infromation Sciences(KICS), 2012
S. W. Han and J. W. Seo, "Future extension of the next generation military satellite", Informaion and Communications Magazin, 2009
Hong-jun Noh et al., "Resource Allocation and IP Networking for Next Generation Military Satellite Communications System", The Korean Insititute of Communicaions and Infromation Sciences(KICS), 2013
Jung-Min Park et al., "Allocation of QoS Connections in MF-TDMA Satellite Systems: A Two-Phase Approach", IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2005
Dongdong Qiu et al., "A Novel Resource Allocation Scheme Based on Multi-satellite Terminals in MF-TDMA Satellite Systems", 2013 6th International Congress on Image and Signal Processing(CISP), 2013
Pan Xiaofei and Wei Li, "Resource Allocation in Variable Bandwidth MF-TDMA Satellite Communications", 2006 8th International Conference on Signal Processing, 2006
Qijia Dong et al., "Optimal Timeslot Allocation Algorithm in MF-TDMA", 08. 4th International Conference on Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, 2008
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